Filosoofid on tuhandete aastate jooksul arutanud "mitte millegi", "mitte millegi", "mitte millegi", "tühjuse" olemuse üle, kuid mida saab tänapäeva teadus selle kohta öelda? Sellele küsimusele saab vastuse kuningliku seltsi astronoom Martin Rees ning Cambridge'i ülikooli kosmoloogia ja astrofüüsika emeriitprofessor. Ta selgitab, et kui füüsikud arutavad "mitte midagi", tähendavad nad tühja ruumi (vaakumit). See võib tunduda üsna tavaline, kuid katsed näitavad, et tühi ruum ei ole tegelikult tühi - see sisaldab salapärast energiat, mis võib meile midagi öelda universumi saatuse kohta.
Ajakirja The Conversation esitatud intervjuu Martin Reesiga.
Kas tühi ruum on sama miski?
Tühi ruum tundub meile midagi. Analoogia põhjal võib vesi kaladele tunduda "mitte midagi" - see on vesi, mis jääb, kui eemaldate kõik muud, mis meres hõljub. Samamoodi osutub tühi ruum praktikas üsna keeruliseks.
Me teame, et universum on väga tühi. Ruumi keskmine tihedus on umbes üks aatom iga kümne kuupmeetri kohta - keskkond on palju harvem kui ükski vaakum, mida Maa peal võime saada. Kuid ka siis, kui kogu aine on eemaldatud, on kosmosel teatav elastsus, mis (nagu hiljuti kinnitati) võimaldab gravitatsioonilainetel - kosmose enda lainetel - selle kaudu levida. Lisaks saime teada, et tühjas ruumis on eksootiline energiavorm.
Selle vaakumi energia kohta saime esmakordselt teada 20. sajandil kvantmehaanika tulekuga, mis selgitab aatomite ja osakeste käitumist väikseimal skaalal. Sellest järeldub, et tühi ruum koosneb taustenergia kõikumiste väljast, mis annab elu lainetele ja virtuaalsetele osakestele, ilmudes nüüd ja siis kuhugi. Nad võivad luua isegi pisikese jõu. Aga kuidas oleks valge ruum suures plaanis?
Fakt, et tühi ruum loob suuremahulise jõu, avastati 20 aastat tagasi. Astronoomid on leidnud, et universumi laienemine kiireneb. See oli üllatus. Laienemist oli teada juba üle 50 aasta, kuid kõik arvasid, et laienemine aeglustub gravitatsioonilise tõmbe tõttu, mida galaktikad ja muud struktuurid üksteisele avaldavad. Nii oli kõigile suure üllatusena, et raskusjõu tõttu aeglustumist kompenseeris midagi, mis "tõukas" laienemist. Selgus, et tühjas ruumis endas on energiat, mis tekitab omamoodi tõrjumise, mis kaalub üles nendel suurtel skaaladel gravitatsiooni ligitõmbavuse. See nähtus - tume energia - on kõige uskumatum näide sellest, et tühi ruum pole kortsus ega tühi. Lisakssee asjaolu määrab meie Universumi edasise saatuse.
Reklaamvideo:
Kas õpitaval on piir? Aatomist triljoni triljoni korra väiksemal skaalal võivad kvant kõikumised ruumis aeg põhjustada mitte ainult virtuaalseid osakesi, vaid ka virtuaalseid mustaid auke. See on piirides, mida me ei suuda jälgida, ja mõista, mida vähemalt hüpoteetiliselt peame gravitatsiooniteooria ühendama kvantmehaanikaga - ja see on uskumatult keeruline.
Selle mõistmiseks on mitu teooriat, millest kuulsaim on keelte teooria. Kuid ükski neist teooriatest pole veel reaalse maailmaga seotud - seega on need endiselt alusetud. Ma arvan, et peaaegu kõik mõistavad, et kosmosel endal on keerukas struktuur väikeses mõõtkavas, kus kohtuvad gravitatsiooni- ja kvantiefektid.
Me teame, et meie universumil on kolm ruumilist mõõdet: saate liikuda vasakule ja paremale, edasi ja tagasi, üles ja alla. Aeg on nagu neljas mõõde. Siiski on tõsine kahtlus, et kui suurendate kosmoses pisikest punkti, kuni tunnete seda pisikest skaalat, leiate, et see on tihedalt kokkusurutud origami, mis koosneb viiest lisamõõtmest, mida me ei näe. Justkui vaatad voolikut kaugelt ja arvasid, et see on lihtsalt joon. Lähemale liikudes näeksite, et üks mõõde on sisuliselt kolm. Keelteooria hõlmab keerulist matemaatikat - nagu ka konkureerivaid teooriaid. Kuid see on täpselt see teooria, mida vajame, kui tahame sügavaimal tasandil mõista kõige lähemal tühjusele, mida võib ette kujutada: ilmselgelt tühja ruumi.
Kuidas saaksime oma praeguse arusaama kohaselt selgitada, et kogu meie universum laieneb tühjalt? Kas see võis tõepoolest alata vaakumi energia väikese kõikumisega?
Mõni salapärane üleminek või kõikumine võib ootamatult viia tõsiasjani, et osa kosmosest hakkas laienema, nagu mõned teoreetikud usuvad. Kvantteooriale omased kõikumised võivad raputada kogu universumi, kui see tihendatakse piisavalt väikesteks skaaladeks. See oleks pidanud juhtuma umbes 10 (-44) sekundiga - see on Plancki aeg. Nendel skaaladel on aeg ja ruum omavahel läbi põimunud, nii et tiksuva kella idee pole mõttekas. Me võime oma kindluse ekstrapoleerida suure kindlusega nanosekundisse ja suure tõenäosusega naaseme lähemale Plancki ajale. Kuid pärast seda meie oletused enam ei kehti - selle skaala füüsika asendatakse mõne muu keerukama teooriaga.
Kui võib olla, et kõikumine tühja ruumi juhuslikus osas andis elu universumile, siis miks ei võiks sama juhtuda tühja ruumi teise osaga - ja anda elu paralleelsetele universumitele lõpmatus mitmeversioonis?
Idee, et meie Suur Pauk pole ainus ja see, mida me oma teleskoopide kaudu näeme, on pisike füüsilise reaalsuse tükk, on füüsikute seas üsna populaarne. Ja tsüklilisest universumist on palju versioone. Vaid 50 aastat tagasi ilmnesid kindlad tõendid, et Suur Pauk isegi juhtus. Kuid sellest ajast peale on spekuleeritud, et ta võis olla vaid tsüklilise universumi episood. Samuti kiputakse mõistma, et füüsiline reaalsus on palju enamat kui ruumi ja aja maht, mida võime tunda isegi kõige võimsamate teleskoopide abil.
Seetõttu pole meil aimugi, kas oli üks Suur Pauk või oli neid palju - on stsenaariume, mis ennustavad paljusid Suurt Pauku, ja stsenaariume, mis ennustavad ühte. Arvan, et peaksime neid kõiki uurima.
Mis on universumi lõpp?
Kaugeima tuleviku lihtsaim prognoos on see, et universum laieneb kiiremini ja kiiremini, muutudes külmemaks ja tühjemaks. Selles olevad osakesed võivad laguneda, lahustudes lõpmatult tühjuses. Võib juhtuda, et oleme tohutult ruumis, kuid see on veelgi tühjem kui praegu. See on üks stsenaariume. On ka teisi, kes ennustavad tumeda energia suuna "ümberpööramist", tõrjumisest atraktiivsuse suunas, mille tulemusel surutakse meid tihedasse punkti.
Samuti on Roger Penrose'i idee, et universum laieneb jätkuvalt, muutudes üha lahjenemaks, kuid millegipärast - kui see ei sisalda midagi peale footonite, valguse osakeste -, kalkuleeritakse selles olevad objektid ja kosmosest saab mingil moel uue Suure Paugu generaator. … See on väga eksootiline versioon vanast tsüklilisest universumist - kuid palun ärge palun minge Penrose'i ideid selgitama.
Kui kindel olete, et teadus avastab ühel päeval saladuse, mis see "miski" on? Isegi kui me suudaksime tõestada, et universum tekkis imeliku välja kummalistest kõikumistest, kas ei peaks me mõtlema, kust see vaakumväli tuli?
Teadus püüab vastuseid pakkuda, kuid iga kord, kui need leiame, tekivad uued küsimused - tervikpilti ei saa me kunagi. Kui 1960ndate lõpus uuringuid tegema hakkasin, tekkisid kahtlused, kas üldse on olemas Suur Pauk. Nüüd pole enam kahtlust ja võime umbes 2% täpsusega öelda, et universum oli sama kuni 13,8 miljardit aastat, kuni esimese nanosekundini. See on suur edasiminek. Naeruväärselt optimistlik on uskuda, et järgmise 50 aasta jooksul lahendame kvant- või "inflatsiooniajastu" toimuva keerulised küsimused.
Kuid muidugi kerkib veel üks küsimus: kui palju on teadused inimese aju jaoks arusaadavad? Võib juhtuda, et keelteooria matemaatika on mõnes mõttes reaalsuse õige kirjeldus, kuid me ei saa seda kunagi piisavalt hästi mõista, et seda ühegi ehtsa vaatluse vastu proovile panna. Siis peame võib-olla ootama mõne post-inimese ilmumist, et saada täielikumat arusaamist.
Ilja Khel
